JPS583576B2 - イオンビ−ム発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はイオンビーム発生装置に関し、特にイオン化す
べき原子または分子の供給装置に関する。

物質をイオン化する方法として最も広く用いられている
ものは、高周波放電（ＲＦ放電）、グロー放電等の気中
放電による電子の衝突電離を利用する形であり、この場
合、イオン化すべき物質を気体状にしてイオン生成室へ
供給する必要がある。

イオン化すべき物質またはその化合物が常温において気
体状で得られれば、ガスボンベより直接供給できるわけ
であるが、実際には化学的、熱的反応操作処理により予
め精製しこれを一旦ボンベに充填した上で使用しなけれ
ばならず、精製処理作業とボンベの補充交換作業を伴う
欠点があった。

本発明の主たる目的は、水素、酸素等の気体を高純度の
状態で連続的に供給する装置の提供にあり、本発明の他
の目的は、プロトン比の高い水素イオンビームを高能率
に発生させる装置の提供にある。

次に本発明を、電解によって水素ガスを連続的に供給す
る実施例について説明する。

第１図はこの実施例の断面図である。

イオン生成室すなわち放電室は、気中放電の陽極となる
外囲器１と、放電室のほぼ中央に陽極と対向して配設さ
れた冷陰極２より成り、外囲器１の前方壁面にはイオン
引出し孔３が穿設され、さらにその前方にイオンビーム
加速用電極４が配設されている。

水素ガスを供給するためイオン生成室の外側に設けられ
た電解槽は、外囲器１が電解槽の内壁を兼用して陰電極
となり、内壁１の外側に所定の間隔を隔てて陽電極とな
る電解槽の外壁６が設けられ、両電極の間はそれぞれの
壁面に発生した気泡の混交を防ぐためアスベスト等の隔
壁７で仕切られ、陰極室および陽極室の上方にはそれぞ
れガス排出用の排出口８，９が設けられ、外壁６の下部
には電解液を供給する供給口１０が設けられ、電解槽内
には電解水溶液１１が充填される。

また、放電室の陽極１と冷陰極２の間には直流電源１２
により電圧■１が印加され、電解槽の陰電極すなわち放
電室の陽極１と電解槽の陽電極６の間には直流電源１３
により電圧■２が印加される。

これらいずれの電圧も適宜の値に調整することができる
。

電解槽の外側には水素分子Ｈ２を電離させるための高周
波コイル５が巻かれており、高周波発振器（図示せず）
に接続されている。

放電室と電解槽の境界を形成している外囲器１の側面に
は、この発明の特徴のひとつである水素透過膜２０が設
けられている。

すなわち、この水素透過膜２０は、第２図に示すように
、ステンレス等を通気性多孔質に焼結加工した多孔質金
属２１を基体とし、その細孔部分２２をメッキ処理によ
りパラジウムで閉塞して、水密性を有し且つ水素ガスを
よく吸蔵、透過するように処理し、さらに電解液に接触
する外表層部２３をパラジウム黒に活性化処理して電解
により発生した水素ガスの吸着を良好ならしめるように
したものである。

このような多孔質細孔部分へのパラジウムの閉塞処理は
、通常のメッキ処理のほか、無電解メッキ、又はプラズ
マ溶射等により行うことができる。

次に、この装置の作用を説明する。

電解槽には供給口１０から電解水溶液が充填される。

この電解液としては、例えば水酸化ナトリウム或いは水
酸化カリウムの水溶液、又は海水がそのまま用いられる
。

電解用電圧■２が印加されると、水は陽イオンＨ＋と陰
イオンＯＨ−に電離し、陽イオンＨ＋は陰電極すなわち
放電室の外囲器１に集まって水素透過膜２０の表層部に
吸着補捉され多孔質の細孔中を透過して内表面に達し、
ここでその多くは水素分子Ｈ２となり放電室に高純度の
水素ガスを供給する。

このようにして放電室の外壁面で発生した純水素は、高
周波コイル５による数ＭＨｚ〜１００数ＭＨｚの高周波
のため放電する。

電離したイオンは、放電室の陽極、陰極間に印加されて
いる高電圧■，のため陽極のイオン引出し孔３の近傍に
プラズマシースが形成され、イオン加速用電極４により
イオンビームとしてとり出される。

上記実施例において、電解水溶液をポンプ等で循環させ
イオン生成室の冷却を行わせることができ、また、例え
ば８０℃程度に恒温制御することもできる。

この実施例によれば、イオン生成室と電解槽を直接近接
させ電解により得られた気体を気中放電によりイオン化
するものであるから、気体の純度が高く且つ必要量を過
不足なく継続的に補給することができる。

例えば水素の場合、パラジウムより成る透過膜を使用す
れば透過した水素ガスは、９９．９９９％〜９９．９９
９９％の高純度のものが得られ、水素発生能力は少なく
とも毎分１５０ｍｌ以上に達し、イオン生成室の放電に
必要な１０−１〜１０−３Ｔｏｒｒのガス圧に保持する
に適当である。

従って、従来のようにガスボンベを搬入しこれを精製す
る必要が全くない。

また水素イオンビームは質量数が小さく加速が容易なた
めに好んで使用されるが、パラジウム透過膜を介して得
られた水素ガスは原子状のものが多くを占めており、直
ちにプロトンＨ＋にイオン化されるのでＨ２＋，Ｈ３＋
が少なくプロトン比が太きい。

さらに、イオン生成室の外周が電解水溶液で囲まれてい
るので熱の遮蔽が行われて高周波コイル等外周部が高温
にさらされることがないなどの特長がある。

次に、本発明の他の実施例として、水素化金属を用いて
純水素ガスを連続的に供給する装置を説明する。

例えば、水素化チタンは水素を多量に吸蔵する性質があ
る。

この実施例は、スポンジ性水素化チタンから純水素ガス
の必要量を継続的に供給しながらイオンビームを発生さ
せることを特徴としている。

第３図はこの実施例の断面図である。

内部に水素化チタンを収納する容器３１は耐熱性材料で
作られ管状の口部３２が設けられている。

この容器３１を格納する加熱室３３は断熱材で構成され
蓋体３４を開いて容器３１を交換しうる構造になってい
る。

また、加熱室内部には容器３１を取巻くようにヒータ３
５が設けられ、内部温度を計測するための感熱素子３６
が取付けられている。

上記ヒータ３５は電源装置３７からの通電により加熱さ
れるが、加熱室内の温度及び加熱持続時間は、操作ボタ
ン、プログラム設定手段を含む設定部３８の指令信号を
基準信号とし、感熱素子３６からの信号をフィードバッ
ク信号として所定値に制御される。

容器３１の口部３２は管継手３９、バルブ４０を介して
イオン化室１人に導かれている。

また、はじめに、装置内の空気等不純ガスを除去フする
ために、弁４２と真空ポンプ４３が設けられている。

冷陰極２人、イオン引出し孔３Ａ、イオン加速電極４Ａ
、高周波コイル５Ａは第１図の実施例と同様である。

上記容器１内の水素化チタンへの水素ガスの吸収は水素
製造工場にて集中的に行われ、容器を密封した状態で輸
送される。

水素化チタンＴｉＨ２のｌｋｇ中には４５０ｌ（１気圧
）の水素を含んでいる。

実験によればこの水素の放出は常温においては全く放出
がなく、２５０℃以下の温度では放出に極めて長時間を
要するが、３６０℃において放出を開始し、温度が上昇
するほどに放出量が増加してゆき、８００℃において全
放出が行われる。

また、水素化チタン中の水素濃度が大きい程放出量が多
く、周囲の水素ガスの圧力が低い程放出量が多い。

従って、水素ガスを放出させたときは設定部１２により
加熱室内の温度を上昇させ、放出を停止させたいときに
は加熱を停止すればよい。

この実施例によれば、ヒータへの電流制御という簡単な
方法で水素化チタンから自在に水素ガスを放出させるこ
とができる。

また、ちなみに、水素ガスボンベによる場合と比較する
と、ボンベによれば７０ｋｇの輸送総量のうち水素ガス
量はわずか２〜３ｋｇしか含まれていないのに対し、同
じ重量の水素化チタンからは１８ｋｙの水素ガスを取出
すことができる。

さらに、この第２の実施例においては、商用交流電源を
そのまま用いて加熱することができるので、電解による
方法におけるような直流電源又は整流器を設ける必要が
なく装置が簡単になる。

この実施例の水素化物としては、チタンのほか、ジルコ
ニウム、トリウム、バナジウム、ニオフ、クンタル、ウ
ラン、パラジウムなどによっても同様に実施することが
できる。

以上説明した電解法又は水素化物法による連続純水素供
給装置に結合されるイオンビーム発生装置は、上述した
ＲＦ型のほか、ＰＩＧ型、電子衝撃型、電子ビーム入射
型、スパッタ型、二重プラズマ型の各イオン銃について
実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す縦断面図である、
第２図は第１図の水素透過膜２０の模型的拡大図である
、第３図は第２の実施例を示す縦断面図である。 １，１Ａ・・・・・・イオン生成室、２，２Ａ・・・・
・・冷陰極、３，３Ａ・・・・・・イオン引出し孔、４
，４Ａ・・・・・・イオン加速電極、５，５Ａ・・・・
・・高周波コイル、６・・・・・・電解槽外壁、７・・
・・・・隔壁、１０・・・・・・電解液供給口、１１・
・・・・・電解液、１２・・・・・・放電用電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 気体をイオン化するイオン生成室とそのイオンを引
   出すイオン引出し手段を有する装置において、上記イオ
   ン生成室の外囲器を電解槽の内壁として上記外囲気の外
   側に電解槽を構成するとともに、上記電解槽の内壁に当
   該イオンに係る気体原子を透過するが電解液及び空気分
   子を透過しない半透膜を形成させ、上記電解槽の電気分
   解により上記イオン生成室へイオン化すべき気体を連続
   的に供給するよう構成されたイオンビーム発生装置。 ２ 気体をイオン化するイオン生成室とそのイオンを引
   出すイオン引出し手段を有する装置において、水素化チ
   タンを加熱する加熱室と、その加熱室内の温度を制御す
   る加熱制御手段と、上記水素化チタンから放出される水
   素ガスを減圧して上記イオン生成室へ供給する手段とを
   有し、イオン化すべき水素ガスを連続的に供給するよう
   構成されたイオンビーム発生装置。